地下室抗浮設(shè)計(jì)措施

劉光明

近幾年來(lái),隨著城市的發(fā)展,帶有地下室的高層建筑大量涌現(xiàn),其抗浮問(wèn)題也就隨之而來(lái)。因抗浮問(wèn)題沒(méi)處理好而引發(fā)的質(zhì)量事故時(shí)有發(fā)生,有的還在施工階段出現(xiàn)了地下室底板大面積開(kāi)裂,底板隆起;有的地下建筑物整體浮起,造成了嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失。

1 抗浮設(shè)防水位

抗浮設(shè)防水位的高低直接決定了水浮力的大小,決定了結(jié)構(gòu)整體抗浮設(shè)計(jì)中抗拔樁或抗浮錨桿的數(shù)量,以及構(gòu)件局部抗浮時(shí)基礎(chǔ)底板的厚度和基礎(chǔ)梁的尺寸。設(shè)防水位的高低直接關(guān)系著結(jié)構(gòu)的安全和造價(jià)。在進(jìn)行地下室結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)中應(yīng)合理確定地下室防水、結(jié)構(gòu)抗浮和地下室外墻、底板結(jié)構(gòu)承載力驗(yàn)算相關(guān)的設(shè)防水位。JGJ 72-2004高層建筑巖土工程勘察規(guī)程指出:地下建筑物的抗浮設(shè)防水位應(yīng)根據(jù)場(chǎng)地區(qū)歷史最高水位情況結(jié)合場(chǎng)地地形地貌、地下水補(bǔ)給排泄條件等因素綜合確定。當(dāng)巖土勘察報(bào)告中未明確抗浮設(shè)防水位時(shí),對(duì)一般工程的設(shè)防水位應(yīng)取建筑物使用年限內(nèi)可能產(chǎn)生的最高水位;對(duì)重要工程應(yīng)進(jìn)行水文試驗(yàn),并經(jīng)專家論證。

2 抗浮技術(shù)措施

地下室結(jié)構(gòu)形成封閉的箱體,在水壓力作用下會(huì)受到向上的水浮力作用,同時(shí)樁基、基礎(chǔ)底板和基礎(chǔ)梁作用有向上的水浮力,不僅要考慮整體結(jié)構(gòu)的整體抗浮,還需考慮構(gòu)件的局部抗浮。對(duì)高層塔樓范圍地下室一般結(jié)構(gòu)自重大于浮力作用,不存在整體抗浮問(wèn)題;當(dāng)?shù)叵率医Y(jié)構(gòu)重量小于浮力作用時(shí),結(jié)構(gòu)才可能上浮;常用的抗浮方案和措施有以下幾種。

2.1 盲溝排水法

這種方法適用于常年水位低于地下室底板標(biāo)高。沿地下室四周和底板下設(shè)置濾水層和排水管道,將水引導(dǎo)匯集到排水井內(nèi)并用水泵抽排,地下水位一直維持至地下室底板下某一標(biāo)高,使得底板基本不受水浮力,這種方法不僅解決了地下室的整體抗浮問(wèn)題,同時(shí)也解決了底板的局部抗浮,其經(jīng)濟(jì)效益明顯。

2.2 配重法

抗浮安全度不夠是由于結(jié)構(gòu)自重小于地下水對(duì)結(jié)構(gòu)上浮力而造成,最直接的辦法是增加結(jié)構(gòu)自重或增加其上恒載,利用底板外伸部分增加回填土重量;如在地下室頂板上覆土,既解決了建筑綠化問(wèn)題,同時(shí)又能增加恒載來(lái)提高結(jié)構(gòu)的抗浮能力。如果在底板上增加配重(可根據(jù)當(dāng)?shù)夭牧瞎?yīng),選用鐵屑混凝土等重材料更為有效),能同時(shí)降低底板的局部有效壓力,有利于減小底板和基礎(chǔ)梁的尺寸。值得注意的是,增加覆土厚度或增加底板厚度對(duì)地下室抗浮有效,但基礎(chǔ)埋深勢(shì)必增加,地下水浮力也相應(yīng)增加,于是增加結(jié)構(gòu)重量的作用會(huì)部分地被增加埋深所引起的浮力抵消,因此,抗浮設(shè)計(jì)使用配重抗浮技術(shù)措施時(shí)應(yīng)認(rèn)真核算。

2.3 抗浮樁法

抗浮樁利用樁側(cè)阻力起抗浮作用,其抗浮能力與樁型、樁徑、樁長(zhǎng)及周圍地質(zhì)條件有關(guān)?？垢兜膯螛冻休d力較大,一般布置在柱、墻下,其抗浮面積較大,受環(huán)境條件、施工條件影響較大,造價(jià)較高。當(dāng)按常規(guī)布置柱下樁基不能滿足抗浮要求時(shí),需要在抗浮底板下增設(shè)抗拔樁。規(guī)程[3]規(guī)定:對(duì)地下水水位或使用荷載變化較大的地下室宜選用抗浮樁?？拱螛兜目拱纬休d力應(yīng)通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)抗拔靜載荷試驗(yàn)確定。

抗浮樁按軸心受拉構(gòu)件進(jìn)行承載力計(jì)算,在設(shè)計(jì)中限制樁身受荷后的裂縫寬度或裂縫出現(xiàn),JGJ 94-2008建筑樁基技術(shù)規(guī)范中規(guī)定:“對(duì)于受長(zhǎng)期或經(jīng)常出現(xiàn)的水平力或拔力的建筑樁基,應(yīng)驗(yàn)算樁身的裂縫寬度,其最大裂縫寬度不大于0.2 mm。對(duì)于處于腐蝕介質(zhì)中的樁基,應(yīng)控制樁基不出現(xiàn)裂縫”?？拱螛杜浣钜话阌闪芽p控制,考慮裂縫0.2 mm控制后配筋比承載力驗(yàn)算需要提高約40%。

2.4 抗浮錨桿法

抗浮錨桿因具有造價(jià)低廉、施工方便、受力合理等優(yōu)點(diǎn)而被廣泛使用。但抗浮錨桿的設(shè)計(jì)、施工和檢測(cè)還沒(méi)有專業(yè)規(guī)范,給抗浮錨桿的應(yīng)用帶來(lái)不便。抗浮錨桿分預(yù)應(yīng)力錨桿和非預(yù)應(yīng)力錨桿,普通錨桿只有結(jié)構(gòu)底板發(fā)生一定的位移才開(kāi)始被動(dòng)受力,適用于水浮力不大且對(duì)位移要求低的地下室;當(dāng)水浮力較大且對(duì)位移及滲漏要求較高的地下室應(yīng)采用預(yù)應(yīng)力錨桿。預(yù)應(yīng)力錨桿初始預(yù)加力增加了樁基的負(fù)荷,預(yù)應(yīng)力的張拉也須結(jié)構(gòu)達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后方能進(jìn)行。

普通抗浮錨桿一般為全長(zhǎng)粘結(jié)型錨桿,孔徑不大于200 mm,一般為100 mm～180 mm。錨桿間距一般為2 m左右,土層錨桿長(zhǎng)度4 m～10 m,巖層錨桿長(zhǎng)度3 m～8 m。相對(duì)抗浮樁其單根錨桿的抗浮能力較小。在錨桿布置時(shí),一般沿柱或其周邊,或在底板平面內(nèi)均勻布置。如沿底板均勻布置,因在底板上附加應(yīng)力較小并均勻,可減少底板厚度,降低工程造價(jià)。

抗浮錨桿長(zhǎng)度由計(jì)算確定,錨桿主筋錨入底板結(jié)構(gòu)的長(zhǎng)度按有關(guān)結(jié)構(gòu)規(guī)范要求,桿體直徑宜為16 mm～32 mm,并采用HRB335,HRB400類鋼筋,并設(shè)桿體隔離架,使錨桿居中,為防止抗浮錨桿銹蝕,在底板與巖土界面上下一定范圍內(nèi)涂環(huán)氧樹(shù)脂或防銹漆,在桿頭底板內(nèi)設(shè)止水板。

3 結(jié)語(yǔ)

地下建筑物的抗浮設(shè)計(jì)關(guān)系到結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)使用年限內(nèi)的安全問(wèn)題,抗浮設(shè)計(jì)措施應(yīng)根據(jù)工程地質(zhì)資料、施工條件、地下結(jié)構(gòu)情況進(jìn)行周密的設(shè)計(jì)計(jì)算、精心施工,尤其注意在施工階段的抗浮問(wèn)題。設(shè)計(jì)中應(yīng)考慮工程造價(jià)的合理性,并盡量利用一些簡(jiǎn)易的抗浮措施,以達(dá)到降低工程造價(jià)的目的。

[1] GB 50007-2002,建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[2] GB 50021-2001,巖土工程勘察規(guī)范[S].

[3] JGJ 72-2004,高層建筑巖土工程勘察規(guī)程[S].